專利名稱：：塑料模具鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及冶金行業(yè)塑料模具鋼產(chǎn)品及其制造方法，尤其是指具有良好的耐腐蝕性能和切削性能的塑料模具鋼。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)外制造業(yè)廣泛采用精密沖壓、壓力鑄造、冷擠壓、熱擠壓等無切削、少切削工藝，模具已成為其主要的成形工具，因此模具行業(yè)在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展，形成了以冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼為主的模具鋼系列鋼種，其中占比例最大的是塑料模具鋼。塑料制品種類繁多，汽車零部件如燈罩、儀表盤，光學(xué)儀器零部件如鏡頭，家用電器外殼，PVC日用塑料制品等。其中家電外殼使用的塑料是ABS+阻燃劑。某些塑料如聚氯乙烯、氟塑料、阻燃性ABS等，會分解出氯化氫、氟化氫、二氧化硫等腐蝕性氣體，對模具有一定的腐蝕作用，因此要求此類塑料制品的模具應(yīng)具有耐腐蝕性能。耐腐蝕塑料模具鋼是模具鋼中的高檔產(chǎn)品，目前世界各國均致力于耐腐蝕模具鋼的產(chǎn)品開發(fā)，瑞典ASSAB開發(fā)出不銹鋼模具鋼S-136、S-136SUPREME，日本DAID0開發(fā)的S-STAR等鋼種具有良好的耐腐蝕性能。模具鋼正在向大型化、復(fù)雜化、多功能的方向發(fā)展，模具型腔越來越復(fù)雜，加工難度越來越大，因此對模具的切削性能提出了更高的要求。易切削模具鋼應(yīng)運(yùn)而生。具有耐腐蝕性能要求的模具鋼同樣也要求切削性能，國內(nèi)外冶金工作者在該領(lǐng)域正在進(jìn)行不斷的探索和研究。目前世界各國均致力于耐腐蝕模具鋼的產(chǎn)品開發(fā)，瑞典一勝百開發(fā)出不銹預(yù)硬模具鋼168S(含0.12%S，16%Cr)機(jī)加工性有明顯提高。日本大同特殊鋼開發(fā)的G-STAR鋼，也是通過添加0.1%S提高馬氏體不銹鋼的切削性能?？v觀國內(nèi)外模具鋼的發(fā)展動態(tài)，易切削模具鋼仍以硫系為主。含硫耐腐蝕易切削鋼由于鋼中存在大量的硫化物導(dǎo)致抗點蝕性能的降低是這類鋼的缺點。從公開的有關(guān)具有良好的耐腐蝕性能和切削性能的模具鋼專利來看，耐腐蝕塑料模具鋼為Crl3型和Crl6型馬氏體不銹鋼；易切削塑料模具鋼為硫系易切削鋼。例如公開號為CN1340632A《不銹塑料模具鋼》的發(fā)明專利的鋼種為0.260.40%C;01.00%Si;01.00%Mn;00.040%P;00.020%S;13.020.0%Cr;0.22.0%Ni;0.501.50%Mo;余量為Fe。i亥發(fā)明采用馬氏體不銹鋼來滿足模具鋼對耐腐蝕性能和硬度的要求，但未考慮如何提高切削性能；公開號為CN1676653《新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Crl6Mo及其鏡面大模塊的制備生產(chǎn)方法》發(fā)明的鋼種為0.330.43%C，0.301.00%Mn，0.301.00%Si，S《0.045。％，P《0.045%，1418%Cr，0.101.00%Ni，0.801.50%Mo;其余為Fe。該發(fā)明鋼種雖然耐腐蝕性能比CN1340632A《不銹塑料模具鋼》的發(fā)明專利的鋼種好，但是仍未考慮如何提高切削性能。公開號為CN86103713《易切削高韌性塑料模具鋼》發(fā)明的鋼種化學(xué)成分為0.040.20%S;0.0020.02%Ca;O.300.65%C;O.302.00%Ni及適量的Mn、Cr、Mo、V、Si;余量為Fe。i亥發(fā)明采用S_Ca復(fù)合處理的方法對硫化物進(jìn)行變性處理提高鋼的切削性能。從公開的有關(guān)專利和鋼種來看，目前現(xiàn)有的耐腐蝕易切削塑料模具鋼在Crl3、Crl6型馬氏體不銹鋼中添加S提高切削性能，但會帶來降低抗點蝕性能的負(fù)面影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種耐腐蝕易切削塑料模具鋼及其制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷。本發(fā)明是采用在馬氏體不銹鋼中添加合金元素Cu的新鋼種，添加合金元素Cu既可以提高鋼的耐腐蝕性能，又能提高鋼的切削性能，本發(fā)明的塑料模具鋼化學(xué)成分的重量百分配比為C0.320.45%，Si0.201.00%，Mn0.201.00%，Cr12.6018.0%，CuO.62.3%，Ni0.341.00%，Ni/Cu大于l/3l/2，P《0.035%，S《0.030%，余量為Fe和雜質(zhì)元素。優(yōu)選地，還包括Mo0.901.30%。本發(fā)明的成分設(shè)計基于以下原理*C:0.320.45%，C是提高鋼的硬度和強(qiáng)度最為有效的元素，固溶強(qiáng)化作用顯著，是保證塑料模具鋼所能達(dá)到的硬度的必不可少的元素。但C含量過高會造成鋼中碳化物數(shù)量的增多，降低韌性。*Si:0.201.00%，鋼中含有少量的Si有較好的脫氧作用，但Si含量過高則降低鋼的焊接和切削加工性能。*Mn:0.201.00%，Mn是強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變的合金元素，有利于提高鋼的淬透性并提高強(qiáng)度，但Mn含量過高有使鋼晶粒粗化的傾向。*Cr:12.6018.0%，Cr的重要作用是顯著提高鋼的耐腐蝕性能，同時Cr也是強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變的合金元素，Cr、Mn同時加入，效果更加明顯，更有利于淬透性的提高；Cr是縮小y相區(qū)的元素，Cr含量過高將得到鐵素體組織，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，因此Cr含量不宜過高。*Mo:0.901.30%，通過對馬氏體不銹鋼添加合金元素Mo，代替M23C6型碳化物中一部分鉻，提高固溶體中地鉻含量，從而進(jìn)一步改善耐腐蝕性能。另外Mo有強(qiáng)烈抑制奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的作用，僅在固溶于奧氏體中的情況下才有這樣的作用，因此Mo含量不宜過高，否則將會形成碳化物，降低抑制奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的作用。*Cu:0.602.30%，鋼中添加合金元素Cu，通過Cu的沉淀析出和富集具有提高鋼的耐腐蝕性能和切削性能的作用。但Cu含量過高則導(dǎo)致熱加工過程中產(chǎn)生銅脆現(xiàn)象，熱加工性能變差，表面產(chǎn)生龜裂。*Ni:0.341.00%，添加合金元素Ni的含量達(dá)到Ni/Cu大于1/31/2，可使鋼表面的銅富集層變?yōu)槿埸c超過120(TC的銅鎳富集層，從而提高鋼的熱加工溫度，防止銅脆?；谝陨显O(shè)計思想，采用合金元素Cu對耐腐蝕塑料模具鋼進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果顯示Cu的加入既提高了耐Cl—離子介質(zhì)腐蝕性能，同時又提高了切削性能，做到了二者的兼顧。本發(fā)明的塑料模具鋼的加工工藝方法是，加熱到118(TC120(TC，保溫至少2小時后進(jìn)行鍛造，始鍛溫度1050°C1100°C，終鍛溫度90(TC950°C。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明通過采用合金元素Cu，實現(xiàn)了耐腐蝕性能和切削性能的同時提高，突破了硫系易切削鋼降低耐腐蝕性能的局限性。2.本發(fā)明通過采用合金元素Ni改善含Cu鋼的熱加工性能，可防止熱加工過程中產(chǎn)生銅脆，具備工業(yè)化生產(chǎn)的條件。圖1是對比例0和實施例l一5的刀尖磨損量曲線圖。圖2是對比例0和實施例1_5的后刀面磨損量曲線圖。圖3是對比例0和實施例6—8的刀尖磨損量曲線圖。圖4是對比例0和實施例6_8的后刀面磨損量曲線圖。圖5是對比例9、10和實施例11的刀尖磨損量曲線圖。圖6是對比例9、10和實施例11的后刀面磨損量曲線圖。圖7是對比例0和實施例1—2的極化曲線圖。圖8是實施例3—5的極化曲線圖。圖9是對比例0和實施例6—8的極化曲線圖。圖10是對比例9、10和實施例11的極化曲線圖。具體實施方式采用500kg中頻感應(yīng)爐，冶煉得到60kg的鋼錠。冶煉采用同一爐分批澆注，先澆注鎳銅含量最低的鋼錠，再向爐中添加鎳銅，從而依次澆注出鎳銅含量不同的五個鋼錠，再經(jīng)電渣重熔冶煉，得到如下八組成分的50Kg電渣錠。第一組實施例化學(xué)成分如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注0弁實施例未添加Cu，僅作為對比。加熱到1180120(TC，保溫時間至少2小時后進(jìn)行鍛造，始鍛溫度1050IIO(TC，終鍛溫度900950。C。最后鍛成(D85腿和O20mm的棒料進(jìn)行性能檢測。切削試驗是在C6140機(jī)床上采用干切方式進(jìn)行的，刀具選用YT15硬制合金刀具，刀具的前角、后角和主偏角均為75度。切削條件為進(jìn)給量為0.lmm/rev，切削速度為50m/min。試驗過程中對刀具的刀尖磨損和后刀面最大磨損量進(jìn)行了測量。參見圖1—4，切削性能試驗結(jié)果顯示對比例0和實施例1—8的刀尖和后刀面的磨損量曲線圖中可以看出，添加合金元素Cu可顯著減少刀尖和后刀面的磨損，提高切削性能。另外與傳統(tǒng)的硫系易切削鋼相比，合金元素銅在提高切削性能的同時，還提高了鋼的耐腐蝕性能，而硫則降低鋼的耐腐蝕性能。試驗結(jié)果說明合金元素Cu的加入可提高抗Cl—離子介質(zhì)的腐蝕能力。第二組實施例化學(xué)成分如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注9#、10弁實施例未添加Cu，僅作為對比。切削試驗同樣是在C6140機(jī)床上采用干切方式進(jìn)行的，刀具選用YT15硬制合金刀具，刀具的前角、后角和主偏角均為75度。表3.4給出了切削加工前的試樣的硬度。切削條件為進(jìn)給量為0.2mm/rev，切削速度為50m/min。試驗過程中對刀具的刀尖磨損和后刀面最大磨損量進(jìn)行了測量，結(jié)果如下參見圖5和圖6，試驗結(jié)果顯示添加合金元素銅與添加硫均顯著提高材料的切削性能。腐蝕試驗高材料的切削性能。腐蝕試驗試樣尺寸為10X10X5mm，試樣是從切削試樣上取得，熱處理工藝為1050'C淬火，650回火5小時。用點焊的方法將導(dǎo)線焊在試樣上。采用冷鑲對試樣進(jìn)行鑲嵌，使最終暴露的試驗面的面積為lcm2，并使試驗面處于試樣上未受點焊熱影響的部分，試樣用粒度符合GB2477-81《磨料粒度及其組成》規(guī)定的砂布或砂紙按順序進(jìn)行研磨。研磨后的試樣，用丙酮去油，最后用蒸餾水洗凈并干燥。試驗溶液為lmol/LNaCl溶液中，，用符合GB1266-77《化學(xué)試劑》規(guī)定的分析純氯化鈉和蒸餾水配制而成。試驗溫度為25X:。試驗在VMP3多通道恒電位儀上進(jìn)行。參見圖7—10,對比例0、9、10和實施例1一8、ll的極化曲線表明，添加合金元素Cu，鈍化區(qū)更加明顯，腐蝕電位提高，從而提高了抗腐蝕性能；添加S，則降低腐蝕電位，其腐蝕電位低于6#對比鋼種，說明添加S降低了材料的抗腐蝕性能。本發(fā)明顯示在耐腐蝕塑料模具鋼中添加合金元素Cu既可以提高材料的切削性能，同時又可以提高材料的耐腐蝕性能，為易切削模具鋼的發(fā)展探索出一條新路，引領(lǐng)模具鋼材料的發(fā)展方向。權(quán)利要求1.一種塑料模具鋼，其特征在于該模具鋼化學(xué)成分按重量百分配比為C0.32～0.45％，Si0.20～1.00％，Mn0.20～1.00％，Cr12.60～18.0％，Cu0.6～2.3％，Ni0.34～1.00％，Ni/Cu比大于1/3～1/2，P≤0.035％，S≤0.030％，余量為Fe和雜質(zhì)元素。2.如權(quán)利要求1所述的塑料模具鋼，其特征在于:還包括重量百分比為0.901.30%Mo。3.如權(quán)利要求1所述的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于加熱到1180°C1200°C，保溫至少2小時后進(jìn)行鍛造，始鍛溫度1050°C1100°C，終鍛溫度900。C950。C。全文摘要本發(fā)明涉及一種塑料模具鋼及其制造方法，其化學(xué)成分按重量百分配比為包括C0.32～0.45％，Si0.20～1.00％，Mn0.20～1.00％，Cr12.60～18.0％，Cu0.6～2.3％，Ni0.34～1.00％，Ni/Cu比大于1/3～1/2，P≤0.035％，S≤0.030％，余量為Fe和雜質(zhì)元素。該塑料模具鋼的制造方法為加熱到1180℃～1200℃，保溫至少2小時后進(jìn)行鍛造，始鍛溫度1050℃～1100℃，終鍛溫度900℃～950℃。本發(fā)明由于化學(xué)成分Cu的加入既提高了耐Cl-離子介質(zhì)腐蝕性能，同時又提高了切削性能。文檔編號B21J1/06GK101270451SQ20071003819公開日2008年9月24日申請日期2007年3月19日優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日發(fā)明者吳曉春,吳緯巍,張洪奎,徐明華,江來珠,耿鴻明,亮趙申請人:寶山鋼鐵股份有限公司